阅读 300

【拒绝一问就懵】之从Thread讲到Handle


背景介绍

我们在Android开发过程中,几乎都离不开线程。但是你对线程的了解有多少呢?它完美运行的背后,究竟隐藏了多少不为人知的秘密呢?线程间互通暗语,传递信息究竟是如何做到的呢?Looper、Handler、MessageQueue究竟在这背后进行了怎样的运作。本期,让我们一起从Thread开始,逐步探寻这个完美的线程链背后的秘密。
注意,大部分分析在代码中,所以请仔细关注代码哦!

从Tread的创建流程开始

在这一个环节,我们将一起一步步的分析Thread的创建流程。
话不多说,直接代码里看。

线程创建的起始点init()

// 创建Thread的公有构造函数,都调用的都是这个私有的init()方法。我们看看到底干什么了。
/**
     *
     * @param 线程组
     * @param 就是我们平时接触最多的Runnable同学
     * @param 指定线程的名称
     * @param 指定线程堆栈的大小
     */
private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name, long stackSize) {
        // 获取当前正在运行的线程
        // 当前正在运行的线程就是该我们要创建的线程的父线程
        // 我们要创建的线程会从父线程那继承一些参数过来
        // 注意哦,此时仍然是在原来的线程,新线程此时还没有创建的哦!
        Thread parent = currentThread();  
        if (g == null) {
            g = parent.getThreadGroup();            //如果没有指定ThreadGroup,将获取父线程的TreadGroup
        }

        g.addUnstarted();                           //将ThreadGroup中的就绪线程计数器增加一。注意,此时线程还并没有被真正加入到ThreadGroup中。
        this.group = g;                             //将Thread实例的group赋值。从这里开始线程就拥有ThreadGroup了。

        this.target = target;                       //给Thread实例设置Runnable。以后start()的时候执行的就是它了。
        this.priority = parent.getPriority();       //设置线程的优先权重为父线程的权重
        this.daemon = parent.isDaemon();            //根据父线程是否是守护线程来确定Thread实例是否是守护线程。
        setName(name);                              //设置线程的名称  

        init2(parent);                              //纳尼?又一个初始化,参数还是父线程。不急,稍后在看。

        /* Stash the specified stack size in case the VM cares */
        this.stackSize = stackSize;                 //设置线程的堆栈大小
        tid = nextThreadID();                       //线程的id。这是个静态变量,调用这个方法会自增,然后作为线程的id。
    }
复制代码

在Thread的init()方法中,比较重要的是会通过一个currentThread()这样的native函数通过底层从虚拟机中获取到当前运行的线程。

所以在Thread初始化的时候,仍然是在创建它的线程中。不难猜测出,其实Java层的Thread只是对底层的封装而已。

第二个init2()

private void init2(Thread parent) {
        this.contextClassLoader = parent.getContextClassLoader();           //设置ClassLoader成员变量
        this.inheritedAccessControlContext = AccessController.getContext(); //设置访问权限控制环境
        if (parent.inheritableThreadLocals != null) {
            this.inheritableThreadLocals = ThreadLocal.createInheritedMap(  //创建Thread实例的ThreadLoacaleMap。需要用到父线程的ThreadLocaleMap,目的是为了将父线程中的变量副本拷贝一份到当前线程中。
            //ThreadLocaleMap是一个Entry型的数组,Thread实例会将变量副本保存在这里面。
                    parent.inheritableThreadLocals);        
        }
    }
复制代码

至此,我们的Thread就初始化完成了,Thread的几个重要成员变量都赋值了。

启动线程,开车啦!

通常,我们这样了启动一条线程。

Thread threadDemo = new Thread(() -> {

    });
threadDemo.start();
复制代码

那么start()背后究竟隐藏着什么样不可告人的秘密呢?是人性的扭曲?还是道德的沦丧?让我们一起点进start()。探寻start()背后的秘密。

//如我们所见,这个方法是加了锁的。原因是避免开发者在其它线程调用同一个Thread实例的这个方法,从而尽量避免抛出异常。
//这个方法之所以能够执行我们传入的Runnable里的run()方法,是应为JVM调用了Thread实例的run()方法。
public synchronized void start() {
        //检查线程状态是否为0,为0表示是一个新状态,即还没被start()过。不为0就抛出异常。
        //就是说,我们一个Thread实例,我们只能调用一次start()方法。
        if (threadStatus != 0)
            throw new IllegalThreadStateException();

        //从这里开始才真正的线程加入到ThreadGroup组里。再重复一次,前面只是把nUnstartedThreads这个计数器进行了增量,并没有添加线程。
        //同时,当线程启动了之后,nUnstartedThreads计数器会-1。因为就绪状态的线程少了一条啊!
        group.add(this);

        started = false;
        try {
            //又是个Native方法。这里交由JVM处理,会调用Thread实例的run()方法。
            nativeCreate(this, stackSize, daemon);  
            started = true;
        } finally {
            try {
                if (!started) {
                    group.threadStartFailed(this);  //如果没有被启动成功,Thread将会被移除ThreadGroup,同时,nUnstartedThreads计数器又增量1了。
                }
            } catch (Throwable ignore) {
               
            }
        }
    }
复制代码

好把,最精华的函数是nativeCreate(this, stackSize, daemon),会去调用底层的JNI函数Thread_nativeCreate(),进一步的会调用底层的Thread类的Thread::CreateNativeThread()函数。

Thread::CreateNativeThread()函数在/art/runtime/thread.cc文件中(注:CoorChice用的是6.0.0-r1的源码)。它会在去创建一个c/c++层的Thread对象,并且会关联Java层的Thread对象(其实就是保存一个Java层Thread对象的引用而已)。接着,会通过c/c++层的pthread_create()函数去创建并启动一个新线程。这条代码必须要看看了:

pthread_create_result = pthread_create(&new_pthread, &attr, 
    Thread::CreateCallback, child_thread);
复制代码

这里我们需要注意第三个参数位置的Thread::CreateCallback,它会返回一个Java层Thread类的run()方法指针,在Linux层的pthread线程创建成功后,将会调用这个run()方法。这就是为什么我们调用start()方法后,run()方法会被调用的原因。

从上面的分析我们可以知道,其实Java的线程Thread还是用的Linux那一套 pthread 的东西,并且一条线程真正创建并运行在虚拟机中时,是在调用start()方法之后。所以,如果你创建了一条线程,但是从没调用过它的start()方法,就不会有条新线程生成,此时的Thread对象和主线程里的一个普通对象没什么区别。如果你企图调用 run() 方法去试图启动你的线程,那真是大错特错了!这样不过相当于在主线程中调用了一个Java方法而已。

所以,Java中的线程在Android中实际上走的还是Linux的pthread那一套。

//没错,就是这么简单!仅仅调用了Runnable类型的成员变量target的run()方法。至此,我们需要执行的代码就执行起来了。
//至于这个@Overrid的存在,完全是因为Thread本身也是一个Runnable!就是说,我们的Thread也可以作为一个Runnable来使用。
@Override
public void run() {
        if (target != null) {
            target.run();
        }
    }
复制代码

看,如果不调用start()方法,你可以把Thread当作一个Handler去使用!!

public void test_1() {
    Thread thread1 = new Thread(() -> {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }, "Thread_1");


    Thread thread2 = new Thread(thread1, "Thread_2");
    thread2.start();
  }
  

---
输出:
Thread_2
复制代码

几个常见的线程手段(操作)

Thread.sleep()那不可告人的秘密

我们平时使用Thread.sleep()的频率也比较高,所以我们在一起研究研究Thread.sleep()被调用的时候发生了什么。
在开始之前,先介绍一个概念——纳秒。1纳秒=十亿分之一秒。可见用它计时将会非常的精准。但是由于设备限制,这个值有时候并不是那么准确,但还是比毫秒的控制粒度小很多。

//平时我们调用的Thread.sleep(long)最后调用到这个方法来,后一个陌生一点的参数就是纳秒。
//你可以在纳秒级控制线程。
public static void sleep(long millis, int nanos)
    throws InterruptedException {
        //下面三个检测毫秒和纳秒的设置是否合法。
        if (millis < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("millis < 0: " + millis);
        }
        if (nanos < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("nanos < 0: " + nanos);
        }
        if (nanos > 999999) {
            throw new IllegalArgumentException("nanos > 999999: " + nanos);
        }

    
        if (millis == 0 && nanos == 0) {
            if (Thread.interrupted()) {   //当睡眠时间为0时,检测线程是否中断,并清除线程的中断状态标记。这是个Native的方法。
              throw new InterruptedException();  //如果线程被设置了中断状态为true了(调用Thread.interrupt())。那么他将抛出异常。如果在catch住这个异常之后return线程,那么线程就停止了。  
              //需要注意,在调用了Thread.sleep()之后,再调用isInterrupted()得到的结果永远是False。别忘了Thread.interrupted()在检测的同时还会清除标记位置哦!
            }
            return;
        }

        long start = System.nanoTime();  //类似System.currentTimeMillis()。但是获取的是纳秒,可能不准。
        long duration = (millis * NANOS_PER_MILLI) + nanos;  

        Object lock = currentThread().lock;  //获得当前线程的锁。

        synchronized (lock) {   //对当前线程的锁对象进行同步操作
            while (true) {
                sleep(lock, millis, nanos);  //这里又是一个Native的方法,并且也会抛出InterruptedException异常。
                //据我估计,调用这个函数睡眠的时长是不确定的。

                long now = System.nanoTime();
                long elapsed = now - start;  //计算线程睡了多久了

                if (elapsed >= duration) {   //如果当前睡眠时长,已经满足我们的需求,就退出循环,睡眠结束。
                    break;
                }

                duration -= elapsed;   //减去已经睡眠的时间,重新计算需要睡眠的时长。
                start = now;
                millis = duration / NANOS_PER_MILLI;  //重新计算毫秒部分
                nanos = (int) (duration % NANOS_PER_MILLI); //重新计算微秒部分
            }
        }
    }
复制代码

通过上面的分析可以知道,使线程休眠的核心方法就是一个Native函数sleep(lock, millis, nanos)。这个sleep()对应底层的一个JNI函数,这个JNI函数最终会调用到c/c++中对应的Thread的条件变量的 TimedWait()函数。这个条件变量是应该是Android中自己定义的条件变量,当然,这里的TimedWait()函数自然也是Android自己实现的。在这个函数里,Android直接使用了Linux的futex()函数。这个futex()函数会调用syscall()函数,通过一种名为【快速用户区互斥锁】的锁去执行锁定的。futex()的效率比phtread_cond_wait()要高很多。

Android为了确保休眠的准确性,在这里还使用了一个while()循环,在每次线程从底层被唤醒后,检查一下是否休眠够了足够的时长。如果不够就让它继续休眠。

同时,需要注意一点,如果线程的interruted状态在调用sleep()方法时被设置为true,那么在开始休眠循环前会抛出InterruptedException异常。

Thread.yield()究竟隐藏了什么?

这个方法是Native的。调用这个方法可以提示cpu,当前线程将放弃目前cpu的使用权,和其它线程重新一起争夺新的cpu使用权限。当前线程可能再次获得执行,也可能没获得。就酱。

无处不在的wait()究竟是什么?

大家一定经常见到,不论是哪一个对象的实例,都会在最下面出现几个名为wait()的方法。等待?它们究竟是怎样的一种存在,让我们一起点击去看看。
哎哟我去,都是Native函数啊。

image

那就看看文档它到底是什么吧。
根据文档的描述,wait()配合notify()和notifyAll()能够实现线程间通讯,即同步。在线程中调用wait()必须在同步代码块中调用,否则会抛出IllegalMonitorStateException异常。因为wait()函数需要释放相应对象的锁。当线程执行到wait()时,对象会把当前线程放入自己的线程池中,并且释放锁,然后阻塞在这个地方。直到该对象调用了notify()或者notifyAll()后,该线程才能重新获得,或者有可能获得对象的锁,然后继续执行后面的语句。
呃。。。好吧,在说明一下notify()和notifyAll()的区别。

  • notify()
    调用notify()后,对象会从自己的线程池中(也就是对该对象调用了wait()函数的线程)随机挑选一条线程去唤醒它。也就是一次只能唤醒一条线程。如果在多线程情况下,只调用一次notify(),那么只有一条线程能被唤醒,其它线程会一直在
  • notifyAll()
    调用notifyAll()后,对象会唤醒自己的线程池中的所有线程,然后这些线程就会一起抢夺对象的锁。

扒一扒Looper、Handler、MessageQueue之间的爱恨情仇

我们可能过去都写过形如这样的代码:

new Thread(()->{

    ...
    Looper.prepare();
    Handler handler = new Handler(){
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
          super.handleMessage(msg);
        }
      };
    Looper.loop();

}).start()
复制代码

很多同学知道,在线程中使用Handler时(除了Android主线程)必须把它放在Looper.prepare()和Looper.loop()之间。否则会抛出RuntimeException异常。但是为什么要这么做呢?下面我们一起来扒一扒这其中的内幕。

image

从Looper.prepare()开始

当Looper.prepare()被调用时,发生了什么?

public static void prepare() {
        prepare(true);  //最终其实执行的是私有方法prepare(boolean quitAllowed)中的逻辑
    }

    private static void prepare(boolean quitAllowed) {
        if (sThreadLocal.get() != null) {   //先尝试获取是否已经存在一个Looper在当前线程中,如果有就抛个异常。
        //这就是为什么我们不能在一个Thread中调用两次Looper.prepare()的原因。
            throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }
        sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));  //首次调用的话,就创建一个新的Looper。
    }
    
    //Looper的私有构造函数
    private Looper(boolean quitAllowed) {
        mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);   //创建新的MessageQueue,稍后在来扒它。
        mThread = Thread.currentThread();         //把当前的线程赋值给mThread。
    }
复制代码

经过上面的分析,我们已经知道Looper.prepare()调用之后发生了什么。
但是问题来了!sThreadLocal是个静态的ThreadLocal<Looper> 实例(在Android中ThreadLocal的范型固定为Looper)。那么,Looper.prepare()既然是个静态方法,Looper是如何确定现在应该和哪一个线程建立绑定关系的呢?我们接着往里扒。
来看看ThreadLocal的get()、set()方法。

public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();  //同样先获取到当前的线程
        ThreadLocalMap map = getMap(t);     //获取线程的ThreadLocalMap
        if (map != null)
            map.set(this, value);           //储存键值对
        else
            createMap(t, value);
    }    

public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();   //重点啊!获取到了当前运行的线程。
        ThreadLocalMap map = getMap(t);      //取出当前线程的ThreadLocalMap。这个东西是个重点,前面已经提到过。忘了的同学在前面再看看。
        if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);  
            //可以看出,每条线程的ThreadLocalMap中都有一个<ThreadLocal,Looper>键值对。绑定关系就是通过这个键值对建立的。
            if (e != null)
                return (T)e.value;
        }
        return setInitialValue();
    }
复制代码

ThreadLocal是Looper类中的静态常量,所以它对所有线程来说都是可见的。从上面代码也可以看出,调用ThreadLocal的set/get方法,实际操作的是Thread的ThreadLocalMap,也就是说每个Thread的ThreadLocalMap是Thread私有的。这样的设计,使得即使在并发的情况下,每个线程都invoke ThreadLocal的get/set方法,但是由于每个线程实际操作的都是自己的ThreadLocalMap,互不影响,所以是线程安全的。关于线程的内存你可以在CoorChice的这两篇文章中找到点线索:【拒绝一问就懵】之有必要单独讲讲线程:https://juejin.im/post/5cdc164af265da0353790245》【拒绝一问就懵】之你多少要懂点内存回收机制:https://juejin.im/post/5cdc0faf51882568666dfe2f

思考一下:即然TheadLocalMap是每个线程自己持有的,为什么每次使用的是时候不直接取得Thread之后,然后再取得它的ThreadLocalMap来操作,而是要通过ThreadLocal去间接的操作呢?

这样设计主要还是为了将逻辑分离出去,因为实现方案可能会改变。如果以后修改了ThreadLocalMap的管理逻辑,只要接口功能没变,Looper和Thread就不会受到影响。而这套逻辑也可以直接拿来给其它方案使用。便于修改,便于复用。

创建Handler

Handler可以用来实现线程间的通行。在Android中我们在子线程作完数据处理工作时,就常常需要通过Handler来通知主线程更新UI。平时我们都使用new Handler()来在一个线程中创建Handler实例,但是它是如何知道自己应该处理那个线程的任务呢。下面就一起扒一扒Handler。

public Handler() {
        this(null, false); 
}
    
public Handler(Callback callback, boolean async) {      //可以看到,最终调用了这个方法。
        if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {
            final Class<? extends Handler> klass = getClass();
            if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&
                    (klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {
                Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: " +
                    klass.getCanonicalName());
            }
        }

        mLooper = Looper.myLooper();                    //重点啊!在这里Handler和当前Thread的Looper绑定了。Looper.myLooper()就是从ThreadLocale中取出当前线程的Looper。
        if (mLooper == null) {
            //如果子线程中new Handler()之前没有调用Looper.prepare(),那么当前线程的Looper就还没创建。就会抛出这个异常。
            throw new RuntimeException(
                "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
        }
        mQueue = mLooper.mQueue;  //赋值Looper的MessageQueue给Handler。
        mCallback = callback;
        mAsynchronous = async;
    }

复制代码

Looper.loop()

我们都知道,在Handler创建之后,还需要调用一下Looper.loop(),不然发送消息到Handler没有用!接下来,扒一扒Looper究竟有什么样的魔力,能够把消息准确的送到Handler中处理。

public static void loop() {
        final Looper me = myLooper();   //这个方法前面已经提到过了,就是获取到当前线程中的Looper对象。
        if (me == null) { 
            //没有Looper.prepare()是要报错的!
            throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
        }
        final MessageQueue queue = me.mQueue;       //获取到Looper的MessageQueue成员变量,这是在Looper创建的时候new的。

        //这是个Native方法,作用就是检测一下当前线程是否属于当前进程。并且会持续跟踪其真实的身份。
        //在IPC机制中,这个方法用来清除IPCThreadState的pid和uid信息。并且返回一个身份,便于使用restoreCallingIdentity()来恢复。
        Binder.clearCallingIdentity();
        final long ident = Binder.clearCallingIdentity();

        for (;;) {  //重点(敲黑板)!这里是个死循环,一直等待抽取消息、发送消息。
            Message msg = queue.next(); //  从MessageQueue中抽取一条消息。至于怎么取的,我们稍后再看。
            if (msg == null) {
                // No message indicates that the message queue is quitting.
                return;
            }

            // This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger
            final Printer logging = me.mLogging;
            if (logging != null) {
                logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
                        msg.callback + ": " + msg.what);
            }

            final long traceTag = me.mTraceTag;   //取得MessageQueue的跟踪标记
            if (traceTag != 0) {
                Trace.traceBegin(traceTag, msg.target.getTraceName(msg));  //开始跟踪本线程的MessageQueue中的当前消息,是Native的方法。
            }
            try {
                msg.target.dispatchMessage(msg);   //尝试分派消息到和Message绑定的Handler中
            } finally {
                if (traceTag != 0) {
                    Trace.traceEnd(traceTag);      //这个和Trace.traceBegin()配套使用。
                }
            }

            if (logging != null) {
                logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
            }

            
            final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();   //what?又调用这个Native方法了。这里主要是为了再次验证,线程所在的进程是否发生改变。
            if (ident != newIdent) {
                Log.wtf(TAG, "Thread identity changed from 0x"
                        + Long.toHexString(ident) + " to 0x"
                        + Long.toHexString(newIdent) + " while dispatching to "
                        + msg.target.getClass().getName() + " "
                        + msg.callback + " what=" + msg.what);
            }

            msg.recycleUnchecked();   //回收释放消息。
        }
    }
复制代码

从上面的分析可以知道,当调用了Looper.loop()之后,线程就就会被一个for(;;)死循环阻塞,每次等待MessageQueue的next()方法取出一条Message才开始往下继续执行。然后通过Message获取到相应的Handler (就是target成员变量),Handler再通过dispatchMessage()方法,把Message派发到handleMessage()中处理。

这里需要注意,当线程loop起来是时,线程就一直在循环中。就是说Looper.loop()后面的代码就不能被执行了。想要执行,需要先退出loop。

Looper myLooper = Looper.myLoop();
myLooper.quit();        //普通退出方式。
myLooper.quitSafely();  //安全的退出方式。  
复制代码

现在又产生一个疑问,MessageQueue的next()方法是如何阻塞住线程的呢?接下来,扒一扒这个幕后黑手MessageQueue。

幕后黑手MessageQueue

MessageQueue是一个用单链的数据结构来维护消息列表。

Message next() {
        //检查loop是否已经为退出状态。mPrt是Native层的MessageQueue的地址。通过这个地址可以和Native层的MessageQueue互动。
        final long ptr = mPtr;
        if (ptr == 0) {
            return null;
        }

        int pendingIdleHandlerCount = -1;
        int nextPollTimeoutMillis = 0;      //时间标记,当且仅当第一次获取消息时才为0。因为它在死循环外面啊!
        for (;;) {
            if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
                Binder.flushPendingCommands();     
                //如果不是第一次获取消息,调用Native的函数,让虚拟机刷新所有的饿Binder命令,确保进程在执行可能阻塞的任务之前,释放之前的对象。
            }

            //这是一个Native的方法。
            nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);

            synchronized (this) {       //锁住MessageQueue
                //获取当前的系统时间,用于后面和msg.when进行比较。
                final long now = SystemClock.uptimeMillis();
                Message prevMsg = null;
                Message msg = mMessages;        //获得当前MessageQueue中的第一条消息
                if (msg != null && msg.target == null) {
                
                    do {
                        prevMsg = msg;
                        msg = msg.next;
                    } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
                }
                if (msg != null) {
                    if (now < msg.when) {  //这个判断的意义在于只有到了Message应该被发送的时刻才去发送,否则继续循环。
                        //计算下一条消息的时间。注意最大就是Integer.MAX_VALUE。
                        nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
                    } else {  //应该发送一条消息了。
                        // Got a message.
                        mBlocked = false;
                        if (prevMsg != null) {
                            prevMsg.next = msg.next;
                        } else {
                            mMessages = msg.next;
                        }
                        msg.next = null;
                        if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
                        msg.markInUse();   //转换消息标记为使用过的
                        return msg;         //返回一条消息给Looper。
                    }
                } else {
                    // 如果取到的Message为null,将时间标记设置为-1。
                    nextPollTimeoutMillis = -1;
                }

                // Process the quit message now that all pending messages have been handled.
                if (mQuitting) {
                    dispose();
                    return null;
                }

                // If first time idle, then get the number of idlers to run.
                // Idle handles only run if the queue is empty or if the first message
                // in the queue (possibly a barrier) is due to be handled in the future.
                if (pendingIdleHandlerCount < 0
                        && (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
                    pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
                }
                if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
                    // No idle handlers to run.  Loop and wait some more.
                    mBlocked = true;
                    continue;
                }

                if (mPendingIdleHandlers == null) {
                    mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
                }
                mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
            }

            // Run the idle handlers.
            // We only ever reach this code block during the first iteration.
            for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
                final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
                mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler

                boolean keep = false;
                try {
                    keep = idler.queueIdle();
                } catch (Throwable t) {
                    Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
                }

                if (!keep) {
                    synchronized (this) {
                        mIdleHandlers.remove(idler);
                    }
                }
            }

            // Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
            pendingIdleHandlerCount = 0;

            // While calling an idle handler, a new message could have been delivered
            // so go back and look again for a pending message without waiting.
            nextPollTimeoutMillis = 0;
        }
    }
复制代码

可以看到。MessageQueue在取消息(调用next())时,会进入一个死循环,直到取出一条Message返回。这就是为什么Looper.loop()会在queue.next()处等待的原因。

在这个方法中需要注意一个参数mPtr,它是底层的MessageQueue对象的地址。就是说Android的c/c++层也有一套与Java层对应的Handler机制,而我们的MessageQueue由于持有了一个底层的引用,自然就成了Java层的Handler机制和底层的沟通桥梁了。

上面方法中出现了一个nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);函数的调用。线程会被阻塞在这个地方。这个native方法会调用到底层的JNI函数android_os_MessageQueue_nativePollOnce(),进一步调用c/c++层的nativeMessageQueuepollOnce()函数,在这个函数中又会通过本线程在底层的Looper的pollOnce()函数,进而调用pollInner()函数。在pollInner()函数中会调用epoll_wait()函数,这个函数会将线程阻塞在这,直到被超时或者检测到pipe中有事件发生。那么阻塞在这怎么唤醒呢,我们下面在说。

那么,一条Message是如何添加到MessageQueue中呢?要弄明白最后的真相,我们需要调查一下mHandler.post()这个方法。

Handler究竟对Message做了什么?

Handler的post()系列方法,最终调用的都是下面这个方法:

private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
        msg.target = this;      //在这里给Message的target赋值。
        if (mAsynchronous) {
            msg.setAsynchronous(true);      //如果是异步,就标记为异步
        }
        return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);     //就是这个方法把Message添加到线程的MessageQueue中的。
    }
复制代码

接下来就看看MessageQueue的enqueueMessage()作了什么。

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
        if (msg.target == null) {   //没Handler调用是会抛异常的啊
            throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
        }
        if (msg.isInUse()) {        //不能使用一条正在使用中的Message。
            throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
        }

        synchronized (this) {       //锁住MessageQueue再往里添加消息。
            if (mQuitting) {        //如果MessageQueue被标记为退出,就返回。
                IllegalStateException e = new IllegalStateException(
                        msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
                Log.w(TAG, e.getMessage(), e);
                msg.recycle();
                return false;
            }

            msg.markInUse();        //切换Message的使用状态为未使用。
            msg.when = when;        //我们设置的延迟发送的时间。
            //经过下面的逻辑,Message将会被“储存”在MessageQueue中。实际上,Message在MessageQueue中的储存方式,
            //是使用Message.next逐个向后指向的单链表结构来储存的。比如:A.next = B, B.next = C...
            Message p = mMessages;  //尝试获取当前Message
            boolean needWake;
            if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
                // 如果为null,说明是第一条。
                msg.next = p;   
                mMessages = msg;    //设置当前的Message为传入的Message,也就是作为第一条。
                needWake = mBlocked;
            } else {
            
                needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();
                Message prev;
                //不满足作为第一条Message的条件时,通过下面的逐步变换,将它放在最后面。这样便把Message“储存”到MessageQueue中了。
                for (;;) {
                    prev = p;
                    p = p.next;
                    if (p == null || when < p.when) {
                        break;
                    }
                    if (needWake && p.isAsynchronous()) {
                        needWake = false;
                    }
                }
                msg.next = p; 
                prev.next = msg;
            }

          
            if (needWake) {
                nativeWake(mPtr);
            }
        }
        return true;
    }
复制代码

上一节面CoorChice说过,MessageQueue在next()方法中会阻塞在nativePollOnce()这个地方,实际上是阻塞在了底层的Looper的epoll_wait()这个地方等待唤醒呢。看到上面这段代码的最后面没?nativeWake(),赤裸裸的表明就是唤醒。实际上这个nativeWake()函数表明pipe写端有write事件发生,从而让epoll_wait()退出等待。

至此,我们已经揭露了Looper、Handler、MessageQueue隐藏的秘密。

另一个疑问?

也许你已经注意到在主线程中可以直接使用Handler,而不需要Looper.prepare()和Looper.loop()。为什么可以做到这样呢?根据之前的分析可以知道,主线程中必然存在Looper.prepare()和Looper.loop()。既然如此,为什么主线程没有被loop()阻塞呢?看一下ActivityThread来弄清楚到底是怎么回事。

//这个main()方法可以认为是Android应用的起点
public static void main(String[] args) {
                。
                。
                。
        Looper.prepareMainLooper();                             //主要作用和我们平时调用的Looper.prepare()差不多

        ActivityThread thread = new ActivityThread();           //创建本类实例
        thread.attach(false);

        if (sMainThreadHandler == null) {
            sMainThreadHandler = thread.getHandler();           //重点啊!这里取得了处理主线程事物的Handler。
        }

        if (false) {
            Looper.myLooper().setMessageLogging(new
                    LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
        }

        // End of event ActivityThreadMain.
        Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
        Looper.loop();                                          //开始循环。可以看到,主线程本质上是阻塞的!
                。
                。
                。
        }
复制代码

注意ActivityThread并没有继承Thread,它的Handler是继承Handler的私有内部类H.class。在H.class的handleMessage()中,它接受并执行主线程中的各种生命周期状态消息。UI的16ms的绘制也是通过Handler来实现的。也就是说,主线程中的所有操作都是在Looper.prepareMainLooper()和Looper.loop()之间进行的。进一步说是在主Handler中进行的。

总结

  1. Android中Thread在创建时进行初始化,会使用当前线程作为父线程,并继承它的一些配置。
  2. Thread初始化时会被添加到指定/父线程的ThreadGroup中进行管理。
  3. Thread正真启动是一个native函数完成的。
  4. 在Android的线程间通信中,需要先创建Looper,就是调用Looper.prepare()。这个过程中会自动依赖当前Thread,并且创建MessageQueue。经过上一步,就可以创建Handler了,默认情况下,Handler会自动依赖当前线程的Looper,从而依赖相应的MessageQueue,也就知道该把消息放在哪个地方了。MessageQueue通过Message.next实现了一个单链表结构来缓存Message。消息需要送达Handler处理,还必须调用Looper.loop()启动线程的消息泵送循环。loop()内部是无限循环,阻塞在MessageQueue的next()方法上,因为next()方法内部也是一个无限循环,直到成功从链表中抽取一条消息返回为止。然后,在loop()方法中继续进行处理,主要就是把消息派送到目标Handler中。接着进入下一次循环,等待下一条消息。由于这个机制,线程就相当于阻塞在loop()这了。

经过上面的揭露,我们已经对线程及其相互之间通讯的秘密有所了解。掌握了这些以后,相信在以后的开发过程中我们可以思路清晰的进行线程的使用,并且能够吸收Android在设计过程中的精华思想。

感觉不错就关注我,都不干就点个赞!😘


关注下面的标签,发现更多相似文章
评论